Условия и возможность работы лесотранспортных систем под пологом древостоя

Проведение выборочных рубок в спелых и перестойных древостоях, санитарных рубок низкой интенсивности и рубки ухода предполагает минимизацию технологических площадей и прежде всего пасечных волоков. Снижение доли волоков на делянке достигается разрубкой широких пасек. Однако разрубка широких пасек сопряжена с рядом задач, решение которых до настоящего времени нельзя считать законченными. Номенклатура машин и оборудования, использующихся в настоящее время для реализации выборочных рубок и рубок ухода, не позволяет в той или иной мере осуществлять беспрепятственную валку деревьев, назначенных в рубку, и перемещение заготовленной древесины к пасечному волоку. Манипуляторные лесозаготовительные машины обеспечивают валку дерева и его вынос к волоку, но вылет манипулятора ограничивает ширину разрабатываемой пасеки. Номенклатура выпускаемых ЛЗМ для заготовки сортиментов позволяет эффективно реализовать выборочные рубки интенсивностью 50 % [1]. Радикальное увеличение вылета манипуляторов ЛЗМ, для разработки широких пасек выборочными рубками, ограничено не только их грузовым моментом, но и доступностью деревьев, назначенных в рубку. При выборочной валке деревьев бензиномоторными пилами для перемещения древесины к волоку широко применяются канатные системы или мини тракторы. Выборочная валка деревьев бензиномоторной пилой предполагает наличие просветов в древостое, необходимых для беспрепятственной валки дерева [2]. Перемещение древесины из полупасек к волоку канатными системами (лебедками, канатными установками) приводит к повреждениям значительного числа компонентов формируемого древостоя, поскольку происходит прямолинейно. Доля поврежденных стволов деревьев, оставляемых на доращивание при 25 % изреживании древостоя в зависимости от длины подтрелевываемых лесоматериалов и времени года варьирует в диапазоне 25-48 % [3]. Выработка бригады также снижается на 10-40 % в зависимости от расстояния подтрелевки [4,5]. Изменение траектории перемещения деревьев, хлыстов или их частей, при помощи отклоняющих блоков, позволяет предотвратить повреждение ряда компонентов формируемого древостоя, однако приводит к увеличению трудоемкости и, соответственно, к снижению производительности процесса [6]. Трелевка мини тракторами позволяет произвольно выбирать траекторию перемещения, но предполагает наличие проходов достаточной ширины. При прямолинейном перемещении ширина коридора, необходимого для беспрепятственного проезда мини трактора, определяется его шириной, а повороты, при объезде компонентов формируемого древостоя, предполагают наличие коридора большей ширины, причем величина уширения коридора определяется крутизной маневрирования (радиусом поворота) и длиной трактора или транспортной системы [7,8].

2.    Материалы и методы

Для перемещения лесных, длинномерных грузов в погруженном положении наряду с расположением грузовой платформы в пределах шасси лесотранспортной машины широко используются транспортные системы (ТС), включающие тягач с прицепным элементом, в качестве которого могут использоваться полуприцеп, прицеп или роспуск.

Перемещение легких, малогабаритных ТС под пологом древостоя в процессе подтрелевки древесины к волокам предполагает наличие коридоров (проходов) между деревьями и необходимость маневрировать объезжая препятствия. Ранее нами был рассмотрен процесс маневрирования малых лесозаготовительных машин под пологом древостоя и выполнена

Resources and Technology 13 (2): 20-33, 2016 ISSN 2307-0048

сравнительная оценка необходимого для прохода лесотранспортной машины уширения коридора между элементами леса, подлежащих сохранению [9]. Исследованиями проходимости легких вездеходов занимались многие авторы, глубоко этой проблемой занимался Иванов Н. А. [10-12]. При повороте ТС ширина необходимых для этого коридоров определяется, при равных прочих обстоятельствах, не только маневренностью тягача и габаритами транспортного пакета, но и способностью прицепного элемента следовать при повороте за тягачом с минимальными отклонениями. Выбор прицепных устройств, позволяющих минимизировать ширину необходимых проходов при маневрировании ТС, в процессе трелевки древесины, определяет в значительной степени возможность их работы под пологом древостоя.

Рассмотрим процесс поворота ТС, включающей двухосный тягач с передними управляемыми колесами, с различными прицепными элементами при маневрировании.

Схема для определения ширины прохода, необходимого для поворота ТС с полуприцепом, приведена на рисунке 1.

Ширина коридора, необходимого для беспрепятственного перемещения ТС с полуприцепом по радиальной кривой, составит:

B

ппр

R — R • пм       n \ n ;

где R^ - радиус поворота переднего внешнего колеса тягача при повороте ТС, м;

R n\n - радиус поворота внутреннего колеса полуприцепа при повороте ТС, м;

При этом радиус поворота внешнего заднего колеса тягача составит:

R3MH = 7 ⁽ R™ — ¹М)

где   1 м - база ЛТМ (расстояние между осями), м;

Рисунок 1. Схема расчета ширины прохода при повороте ТС с полуприцепом

Радиус поворота внутреннего колеса полуприцепа определится из уравнения:

R n / п

^R3mh - l² n - b

где   l n/n - длина полуприцепа (расстояние между его осью и задним мостом тягача), м;

b - ширина ТС, м.

Минимальный радиус поворота ТС с полуприцепом определится из условия R_n/ == 0

Дополнительное уширение коридора, необходимого для перемещения ТС, составит:

CD пп = Bnnp - b(4)

При поворотах ТС с прицепом его передние и задние колеса будут двигаться по кривым различных радиусов (см. рис. 2).

Ширина коридора, необходимого при повороте ТС с прицепом, составит:

Впр = RnM - R3n(5)

Радиус поворота переднего наружного колеса прицепа составит:

R„n = 4((R.MH -b/2? - 4) + b/2(6)

Радиус поворота заднего внутреннего колеса прицепа составит:

R. = 4((R.- - ь/2)2 - К - b / 2;

Рисунок 2. Схема расчета ширины прохода при повороте ТС с прицепом

Минимальный радиус поворота ТС с прицепом определится из условия R₃ „=0.

Дополнительное уширение коридора необходимого для перемещения ТС при повороте, составит:

CD п = В пр - b                                     (

Конструкция   роспуска,   поворот колес которого осуществляется двумя перекрещивающимися тягами, закрепленными на краях ходовой тележки роспуска и тягача, обеспечивает движение задних колес тягача и колес роспуска по одному радиусу. Схема для определения уширения коридора, необходимого для перемещения ТС с роспуском при повороте, приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема расчета ширины коридора при повороте ТС с роспуском

Общая ширина коридора, необходимого при повороте для прохода ТС, включающей тягач и роспуск, составит:

в р = R nM - R о

где R_o - элемент ТС, имеющий минимальный радиус поворота (средняя часть внутреннего

борта грузовой платформы), м;

R о = J (( R ... - b /2) 2 - / ^ /4) - b /2;

где R_p = R_3M-- радиус поворота наружного заднего колеса тягача и роспуска, м.

Дополнительное уширение необходимого коридора при повороте транспортной системы, включающей тягач и роспуск, составит:

CD р = В р — b                                  ⁽¹¹)

Минимальный радиус поворота ТС с роспуском ограничен взаимным положением поворотных колес роспуска и задних колес тягача. Максимальными будут углы, близкие к 900.

Минимальный радиус перемещения заднего внешнего колеса тягача составит:

R_3MH > V ( l р - ( b/2) -l_p /4) + b /2

Максимальная длина лесоматериалов, перемещаемых ТС, определится длиной грузовой платформы и допустимой величиной свеса. Величина свеса в свою очередь определяется дополнительным уширением коридора, необходимого при повороте для прохода ТС.

Для ТС, включающей полуприцеп, максимальный свес составит:

l с. п / п

- 4 ( R™ - ( R ,/, + b )²

Для ТС, включающей прицеп, максимальный свес составит:

U s 4 ( R. - ( R » + b )²

Для ТС, включающей роспуск, максимальный свес составит:

1 . р s J ( R ^. - ( R р + b )²

3.    Результаты

Графическая интерпретация результатов расчетов дополнительного уширения коридора, необходимого при повороте для прохода ТС, с колесным тяговым модулем с передними поворотными колесами, длиной 2 метра и различными прицепными элементами (прицеп, полуприцеп, роспуск) от радиуса поворота при длине грузовой платформы 4 и 2 метра, представлена на рисунках 4 и 5 соответственно.

Рисунок 4. Зависимость уширения коридора, необходимого для беспрепятственного прохода ТС при повороте в зависимости от радиуса поворота при длине грузовой платформы 4 метра

Рисунок 5. Зависимость уширения коридора, необходимого для беспрепятственного прохода при повороте ТС в зависимости от радиуса поворота при длине грузовой платформы 2 метра

Resources and Technology 13 (2): 20-33, 2016 ISSN 2307-0048

Зависимость уширения коридора, необходимого для прохода ТС с колесным тяговым модулем длиной 2 метра с передними поворотными колесами и различными прицепными элементами (прицеп, полуприцеп, роспуск) в зависимости от длины грузовой платформы при радиусе поворота внешнего колеса тягача 6 и 10 метров, представлена на рис.6 и 7 соответственно.

Рисунок 6. Зависимость уширения коридора, необходимого при повороте для прохода ТС в зависимости от длины грузовой платформы при радиусе поворота тягача 6 метров

При радиусе поворота внешнего колеса тягача 10 метров график зависимости уширения коридора, необходимого ТС с колесным тяговым модулем и передними поворотными колесами длиной 2 метра и различными прицепными элементами (прицеп, полуприцеп, роспуск) в зависимости от длины грузовой платформы, приведен на рис.7.

1=2.0        1=2,5        1=3.0        1=3.5        1=4.0        1=4.5        1=5.0        1=5.5        1=6.0

Длина грозовой платформы, м

Рисунок 7. Зависимость уширения коридора, необходимого для прохода ТС в зависимости от длины грузовой платформы при радиусе поворота ведущих колес 10 метров

Минимальный радиус поворота ТС шириной 1,5 метра с колесным тягачом длиной 2 метра и передними поворотными колесами в зависимости от длины грузовой платформы приведен на рис.8.

Рисунок 8. Зависимость минимального радиуса поворота ТС шириной 1,5 м и длиной тягача 2 м в зависимости от длины грузовой платформы

Рисунок 9. Зависимость максимального свеса трелюемых лесоматериалов с платформы прицепных элементов при повороте в зависимости от радиуса поворота тягача

Максимальная величина свеса перемещаемых лесоматериалов с прицепного устройства по условию ширины коридора, необходимого для беспрепятственного прохода ТС с колесным тяговым модулем и передними поворотными колесами длиной 2 метра при повороте ТС с различными прицепными элементами, в зависимости от радиуса поворота тягача, длины тягового модуля ТС и общей длины ТС, приведены на рис. 9, 10 и 11 соответственно.

Рисунок 10. Зависимость максимального свеса трелюемых лесоматериалов с платформы прицепных элементов при повороте в зависимости от длины тягача ТС при длине грузовой платформы 2 метра и радиусе поворота 5 метров

Рисунок 11. Зависимость максимального свеса трелюемых лесоматериалов с платформы прицепных элементов при повороте в зависимости от общей длины ТС при длине грузовой платформы 2 метра и радиусе поворота 5 метров

4.    Обсуждение и заключение:

Таким образом, очевидно, что для прицепа и полуприцепа требуемое уширение коридора существенно различается при минимальных радиусах поворота, причем это различие определяется в основном наличием у прицепа дышла, увеличивающего длину ТС при прочих равных условиях. Уширение коридора, необходимого для беспрепятственного прохода ТС в комплекте с прицепом и полуприцепом при повороте по радиусу более 10-12 метров, незначительно. Применение роспуска в качестве прицепного элемента ТС, позволяет осуществлять маневрирование с меньшими уширениями коридора, необходимого для ее прохода, в сравнении с другими рассмотренными вариантами.

Увеличение длины грузовой платформы не только ограничивает минимально возможный радиус поворота ТС, но и требует существенно большего уширения коридора, необходимого для ее прохода. Преимущество ТС с роспуском по критерию уширения коридора, для беспрепятственного ее прохода, возрастает по мере увеличения длины грузовой платформы.

Приведенные графики наглядно иллюстрируют незначительную зависимость максимального свеса трелюемых лесоматериалов от крутизны маневрирования ТС с такими прицепными устройствами как прицепы и полуприцепы, и ее отсутствие для ТС с роспуском.

Вместе с тем допустимая по условию ширины коридора величина свеса трелюемых лесоматериалов в рассмотренных вариантах сопоставима с длиной грузовой платформы. Столь значительный свес недопустим по условию равномерного распределения нагрузки на оси грузовой платформы ТС.

Таким образом, можно констатировать:

• 1.    Минимальный радиус поворота ТС определяется ее общей длиной и типом прицепного устройства. При равной длине грузовой платформы наименьший минимальный радиус поворота у ТС, включающей роспуск, а наибольший у ТС с прицепом. Увеличение минимального радиуса поворота ТС при работе с прицепом в сравнении с полуприцепом определяется наличием дышла и его длиной.

• 2.    При движении ТС по радиальным кривым уширение коридора, необходимого для беспрепятственного прохода, определяется ее общей длиной и минимально при комплектовании тягача роспуском, колеса которого повторяют траекторию задних колес тягача. Преимущество ТС с роспуском наиболее очевидно при минимальных радиусах поворота и возрастает по мере увеличения длины грузовой платформы.

• 3.    При равной длине грузовой платформы прицеп имеет худшие показатели маневренности в составе ТС, т. к. при равных прочих габаритах ее длина больше на длину дышла прицепа. При малой длине грузовой платформы использование прицепа при трелевке лесоматериалов под пологом древостоя наименее рационально.

• 4.    Возможность перемещения ТС лесоматериалов, длина которых превышает длину грузовой платформы при маневрировании под пологом древостоя, ограничивается условием распределения нагрузки между осями грузовой платформы.